Zusammenfassung Medientyp Audio Physikalische Grundlagen Hörbereich: 20Hz bis 20kHz, 0 bis 130dB Sensitivität: frequenzabhängig, Maskierung

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1 Zusammenfassung Medientyp Audio 2.1. Physikalische Grundlagen Hörbereich: 20Hz bis 20kHz, 0 bis 130dB Sensitivität: frequenzabhängig, Maskierung 2.2. Digitalisierung/ Sampling Zeit-/ Frequenzbereich: Diskretisierung Sample-Rate, Nyquist: f max = 2 f s, CD: 44kHz Aliasing: kont. Zeit => diskrete Zeit: Tiefpassfilter

2 MIDI (Musical Instrument Digital Interface) Metasprache zur Beschreibung von Musik analog der Notenschrift zur Steuerung elektronischer Musikinstrumente Protokoll Kommunikation zwischen elektronischen Musikinstrumenten und mit Rechnern

3 MIDI - Grundlagen Geschichte Physikalische Schnittstelle Übertragung der Metadaten (Protokoll) Elemente der Metasprache Komponenten, Begriffe, Kommandos Zeitkodierung Dateiaufbau

4 MIDI-Geräte (Geschichte) Elektronische Musikinstrumente Moog Synthesizer, FM-Synthese (1965) Keyboards Musik mit Rechnern (1985) Langsame Rechner Bit/s CD: Bit/s Geringe Speichermöglichkeit 10 min = Byte Graphische Editoren für Noten CD: Byte

5 MIDI Geschichte Roland: erste Entwicklungen V Standard MIDI Files (SMF) 1991 General MIDI (GM) 1994 Yamaha XG (extended GM) 2001 MIDI over Fire Wire 1394

6 MIDI Hardware MIDI IN MIDI OUT MIDI THRU Master Slave THRU: nur fremde Befehle

7 Serielle Schnittstelle Pins des Joystick Optokoppler UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) MIDI Hardware

8 MIDI MIDI Hardware Hardware RS 232C 1:1 Verbindung 31,25 kbaud

9 MIDI Übertragung Klänge (Sounds) werden nicht übertragen sondern im Endgerät interpretiert => synthetisiert => Übertragung der Metadaten über serielle Schnittstelle mit 31,25 kbaud Seriell => Baud = Bit/s (parallel: Byte/s) 31,25 kbit/s x 1024= Bit/s

10 MIDI - Übertragungsrate : 31,25 kbaud konstante Datenrate, serielle Übertragung, asynchron 1 Startbit + 8 Datenbits + 1 Stoppbit = 10 Bit je Info-Byte 3200 Info - Bytes je Sekunde ~ 1000 Noten 1 Info Byte in 1/3200s = 312,5 µs/byte Hörbare Verzögerung ab 5 ms => 5ms/(312,5µs/Byte) nur 16 Byte, die seriell übertragen, parallel erscheinen

11 MIDI Begriffe Geräte Synthesizer, Sequenzer... Musikinformationen Polyphone, Voice, Pitch... Steuerinformationen Song position,

12 MIDI Begriffe (Geräte) Synthesizer Empfang von MIDI-Daten, Interpretation Klanggenerator (FM, Wave) (Tonhöhe (Pitch), Anschlagstärke(Attack), Klangfarbe(Timbre)) Sequenzer Aufzeichnung und Speicherung von MIDI-Daten in Spuren (Tracks) Wiedergabemodus (senden von MIDI-Daten) als Software: Editor für MIDI-Daten (graphisch)

13 MIDI Begriffe (Synthesizer) Voice parallel (unabhängig) synthetisierbare Stimmen eines Instrumentes (Eigenschaft des Synthesizers, Standard: General MIDI, GM) 1 Voice = 1 Note für ein Instrument, (polyphon: mehrere Stimmen je Instrument, üblich: 16, 20, 32,...) Timbre Klangfarbe (Klavier, Trompete, Percussion) (Multitimbral: mehrere Instrumente je MIDI-Gerät (z.b. PC)) definiert durch Steuersignal (Patch), Patch Map

14 General MIDI (Auszug)

15 MIDI Begriffe (Sequencer) Track Zusammenfassung parallel aufzeichenbarer Stimmen und Kanäle => Tonbandspur, ein-/ ausschaltbar, Stimmen einer Spur nicht trennbar (z.b. getrennte Spuren für linke/ rechte Hand Klavier) Polyphonie Aufzeichnung mehrerer Stimmen (z.b. Akkord) in einer Spur (Track)

16 MIDI Begriffe (Datenorganisation) Channel logisch zusammengehörige MIDI-Daten (z.b. 1 Instrument, Adresse für 1 Empfänger/Synthesizer) 16 Kanäle je Leitung (Port), in jedem Kommando kodiert Message Kommando zur Steuerung der MIDI-Komponenten (Channel-message, System-message)

17 MIDI Begriffe (Musik) Pitch Note, Tonhöhe (C2... g8) Pitch Wheel (+/-) C2=0,..., c1=48, (30Hex) 12 Töne je Oktave Velocity Anschlagdynamik

18 MIDI Tonumfang C2... g8

19 MIDI Kodierung 11 Oktaven je 12 (Halb)töne c1= 4*12 = x 12 ~ 128 ;-) => 7 Bit 128 Noten 128 Lautstärkestufen 128 Stereopositionen 128 Klangfarben z.b. 57= 39Hex = Kammerton a 440,0 Hz

20 MIDI Messages

21 MIDI Messages Status: 80Hex Daten: < 80Hex Byte-Sequenz: 1*Status 1...2*Daten c c c c s s s 1 d d d d d d d 0... * * * * * * * 1 * * * * * * * 0

22 MIDI Messages z.b. Note on auf Kanal 0 Daten: Note a 39H Byte-Sequenz: 1*Status 1...2*Daten s s s c c c c... 0 d d d d d d d

23 MIDI Messages

24 MIDI Timing, Clock Zeitbasis a) Pulses per (Quarter) Viertelnote (PPQ) Typische Werte: 24, 96, 480 PPQ b) SMPTE Zeiteinheiten Einheiten im Bezug auf 24, 25 bzw. 30 fps SMPTE = Society of Motion Picture and Television Engineers

25 MIDI PPQ Pulses per Quarter Auflösung des Sequenzers bestimmt Genauigkeit der Tonlänge Pro Song wird zu Beginn die Zeitdauer der Viertelnote (Quarter) festgelegt (Tempo des Musikstücks) z.b. Allegro: 132 Beats per Minute, Andante: 66 BPM Synchronisation über Clock-Message F8hex des Masters (24 x pro Viertelnote)

26 MIDI SMPTE Kodierung: MSB unterscheidet PPQ SMPTE Orientierung an Bildfolge (Frame Rate) 24, 25,30 Unterteilung in hh:mm:ss:ff:sf (sf: subframes)

27 MIDI SMF Standard Midi File Format Track Header MThd (ASCII) (Header der Datei) Datenlänge 6 Bytes (Formattyp (multi/single), Trackanzahl, PPQ) Record Header MTrk (Header einer Spur) Datenlänge Daten...

28 Zusammenfassung MIDI Metasprache 16 Kanäle je Leitung, General MIDI channel messages: Note on (9x), Note off (8x) system messages: Start (FA), Stop (FC) Protokoll RS 232 asynchron, 31,25kBaud, 10Bit je Infobyte Zeitbasis: PPQ oder SMPTE

29 VERGLEICH (Sampling MIDI) Originalklänge Metadaten Samples Kommandos Instrumente Synthesizer Reproduktion Interpretation 10,5 Mio Byte/Min 20 kbyte/min Samplerate Kommandofolge Nyquist, Aliasing Seriell => Parallel Rauschen (SNR) Standard (GMIDI) Mischen Komponieren - Editieren